sjögräs ängar, viktiga plantskolor och matplatser för många typer av marint liv, går förlorade över hela världen på grund av näringsföroreningar, värmande vatten, och andra åkommor. En ny studie av ett internationellt forskarlag avslöjar flaskhalsar i tillväxten av sjögräs från frö till planta, kunskap användbar för att förbättra fröbaserade restaureringsinsatser.

Studieförfattarna är John Statton, Leonardo Montoya, och Gary Kendrick från University of Western Australia, Robert Orth från William &Mary's Virginia Institute of Marine Science, och Kingsley Dixon från Curtin University i Perth. Deras arbete visas i dagens nummer av Vetenskapliga rapporter , en tidskrift med öppen tillgång från förlagen av Nature.

"Vetenskapen bakom fröbaserad restaurering är mycket underutvecklad för de flesta sjögräsarter och släpar kraftigt efter den för landväxter, " säger Statton. Ett anmärkningsvärt undantag är framgången med att använda frön för att återställa ålgräs till Virginias havsvikar; arbete som Orth banat väg för under åratal av försök och misstag med både frön och transplanterade skott.

I den aktuella studien, forskarna försökte förstå resan från frö till planta för det australiensiska sjögräset Posidonia australis eller ribbon-weed. Denna långsamt växande art har upplevt allvarliga nedgångar över stora delar av sitt utbredningsområde, ger den en "nästan hotad" status på IUCN:s röda lista.

Teamet genomförde sin studie genom att noggrant övervaka ödet för mer än 21, 000 P. australis-frön handplanterade i försöksområden i västra Australiens Cockburn Sound. De placerade tomterna för att testa olika grader av exponering för vågor, fröbetare som krabbor, och "bioturbatorer, " djur som oavsiktligt gräver ner frön under grävning eller andra aktiviteter - ofta för djupt för efterföljande utveckling.

Till skillnad från de flesta andra studier av sjögräs tillväxt, som helt enkelt har tittat på den totala andelen frön som når mognad som vuxna växter, Stattons team följde noggrant utvecklingen av sina frön vid varje steg från groning till fröberoende, fröoberoende, och etablerade plantor.

"Genom att identifiera de exakta övergångarna i tidiga livsstadier som begränsar rekryteringen av sjögräs, vi tror att vi kan förbättra vår förmåga att rikta in de processer som är mest mottagliga för ledningen, " säger Statton. "Dessa flaskhalsar kan vara unika för varje sjögräsart och till och med en viss plats, ", tillägger Orth.

Teamets resultat visade tydliga skillnader i fröframgång mellan de olika livsstadierna. I det grundare, mer skyddade platser, få om några frön överlevde bete och bioturbation för att slutföra den inledande övergången till livsstadiet – den första tillväxtmånaden när en grodd planta fortfarande förlitar sig på sitt frö för energi. Frön utplacerade på djupare platser överlevde i ytterligare fyra till sex månader, innan nästan alla nu självständiga plantor rycktes upp med rötterna av vågor från vinterstormar. Som ett resultat av dessa utmaningar, den totala frööverlevnaden var försvinnande låg – med färre än 1 av 1, 000 frön som når ungdomsstadiet - en sannolikhet på bara 0,1 procent.

Forskarna använde sedan modeller för att uppskatta frödensiteten som behövs för att övervinna dessa allvarliga flaskhalsar, beräkna framgång vid frödensiteter 2- till 40 gånger högre än deras fältstudier. Här tyder deras resultat på att ju fler frön desto bättre, även om de noterar att ytterligare fältarbete behövs för att testa för minskande avkastning i tillväxt på grund av överbefolkning av frön och konkurrens om begränsade resurser.

Även om flaskhalsarna för tillväxt som observerades i den australiensiska studien kan verka överväldigande, Orth konstaterar att de faktiskt är i linje med fynd från andra studier av både sjögräs och landväxter. "I våra restaureringsarbeten i kustvikarna vid Virginia's Eastern Shore, " han säger, "sannolikheten för frööverlevnad är bara cirka en till fem procent."

Trots detta, upprepad sådd av VIMS-forskare har lett till framgång för restaurering. "1997 fanns det bara en liten fläck ålgräs i South Bay, " säger Orth. "Nu, 71 miljoner frön senare, det finns fler än 7, 000 hektar, och gräset sprider sig naturligt."

A similar approach might thus work in Australia and other areas worldwide where seagrasses have succumbed to cloudy waters and coastal development. "Our results indicate that seeding may be an appropriate strategy for restoring P. australis, " says Statton. "But, " he adds, "we would need to do so annually for a decade or more to escape both the summer bottlenecks associated with bioturbators and grazers, and the winter bottlenecks associated with storm waves."

"This approach would allow us to benefit from windows of opportunity, " he explains, "benign years when winter storms were relatively weak or came from directions where landmasses blocked most waves. These conditions would allow seagrass seeds to take root and survive."

The team's field and modeling results suggest a number of other strategies to maximize restoration success. For wave-sheltered sites, these include relocating or excluding the crabs and other invertebrates that currently dislodge or eat most seeds and incipient seedlings. "In wave-exposed locations, " says Statton, "we might introduce mixtures of seeds and seedlings from species adapted for turbulent conditions, thus providing some seafloor stability for the survival of P. australis."